PARTIE 1 (8 points) -  Nourrir l'humanité

Monsieur X souhaite créer un potager avec pour objectifs un rendement optimisé et le respect de l’environnement. Il hésite entre deux modes de culture : un jardin potager ou un système aquaponique.
On cherche en quoi l’aquaponie est la meilleure solution pour atteindre les objectifs fixés par monsieur X.

Document 1 : Résultats de l’analyse de la terre du jardin de monsieur X.
Nature du sol   Sableux
Valeur du pH 5,5
Quantité en éléments fertilisants (azote par exemple) nécessaires à la croissance des plantes Faible
Perméabilité à l’eau Importante (sol facilement lessivable)
 
 
Document 2 : Fertilité des sols
Document 2a : Les types d’engrais
Pour apporter les éléments nutritifs nécessaires à la croissance d’une plante et notamment l’élément azote N, il est possible d’utiliser :
– des engrais chimiques : l’azote apporté étant sous forme d’ions nitrate NO3– ou ammonium NH4+, il est utilisable directement par les plantes.
– des engrais organiques comme le fumier de cheval, le lisier, la fiente de poule : la matière organique doit être minéralisée sous l’action de bactéries présentes dans la terre (exemple : Nitrosomonas, Nitrobacter) qui transforment les composés azotés en ions utilisables par les plantes.

Document 2b : Conditions d’activité des bactéries du sol
Pour des conditions optimales d’activité, le sol doit être bien aéré, la teneur en eau suffisante et le pH doit être compris entre 7 et 9.

Document 2c : Schéma des interactions entre le complexe argilo-humique et les ions du sol


Document 3 : Principe de l’aquaponie
L’aquaponie est la culture de végétaux associée à un élevage de poissons. Les plantes se développent ici dans un bac de culture dont la terre provient directement du sol de la zone d’installation ou est importée (sac de terre végétale par exemple).
Il s’agit d’un système dans lequel interviennent trois types d’organismes vivants : des poissons, des bactéries (présentes dans la terre) et des plantes à cultiver.
L’eau de l’aquarium est pompée afin d’être injectée dans le bac de culture pour ensuite retourner vers les poissons.
Le système utilisé repose sur le cycle de l’azote, c’est-à-dire la transformation de l’ion ammonium issu des déjections des poissons et d’autres déchets organiques (excès de nourriture) en ions nitrite sous l’action de bactéries Nitrosomonas puis en ions nitrate sous l’action d’autres micro-organismes tels que Nitrobacter et Nitrospira présents dans la terre.

aquaponie
D’après le site http://www.aquaponie.fr /
 
COMMENTAIRE RÉDIGÉ :
Monsieur X hésite entre un jardin potager et un système aquaponique. Développez un argumentaire permettant d’expliquer en quoi l’aquaponie est la meilleure solution pour atteindre les objectifs qu’il s’est fixés.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans les différents champs disciplinaires).

Éléments de correction personnels
Tous les éléments importants sont dans les documents. Il suffit d'ajouter des définitions de quelques concepts du programme : nutrition, agriculture - agrosystème, écosystème, complexe argilo-humique, cycle de l'azote...

M. X souhaite avoir un rendement maximum, tout en préservant l'environnement, au sens d'une part de l'utilisation de son propre sol (qui se révèle être sableux et donc mal retenir l'eau, tout en étant pauvre en substances nutritives -document 1) et de ses bactéries, et d'autre part en contrôlant les apports et les déchets qui seraient générés : ce qui se réduit en pratique à limiter les engrais et pesticides, cause de pollution, en les remplaçant par les apports nutritifs que constituent les déchets organiques de l'élevage de poissons.
L'objectif du rendement est conditionné par la qualité des plants et les conditions de leur culture : sol ou substrat artificiel (voir eau seule), présence de nutriments (et notamment de nitrates absorbés par les racines qui servent de source d'azote pour fabriquer notamment les protéines de la plante), d'eau, de soleil...
Remarque : sans que cela soit précisé, mais de façon fondamentale, les qualités organoleptiques des plantes produites dépendent grandement du sol. Conserver le sol originel - avec sa "flore bactérienne"-  lié aux conditions climatiques locales est une des conditions pour obtenir un produit savoureux.
Sans le système aquaponique, afin de garder des rendements importants sur le long terme, il est indispensable de fournir une grande quantité d'éléments organiques en décomposition, ce que proposent par exemple les techniques relevant de la permaculture qui consiste à reproduire le plus possible les écosystèmes naturels.
Dans le cadre d'une solution en aquaponie, M.X pourrait garder son sol sableux en ajoutant des éléments qui modifieraient les propriétés physico-chimiques de son sol (amendements) : le pH trop acide (5,5) pourrait être corrigé (entre 7 et 9) par des apports d'argile et de compost ou de déchets organiques qui vont favoriser la formation d'un complexe argilo-humique (qui fixe les cations, notamment ammonium et favorise leur absorption par la plante en diminuant leur lessivage) et le développement d'une flore bactérienne riche. Sinon, il devra apporter une terre étrangère plus riche en complexe argilo-humique.
Pour ce qui est des engrais, M.X peut espérer totalement s'en passer une fois le sol stabilisé puisque les poissons fourniront une eau riche en matières fécales contenant des ions ammonium qui seront transformées par les bactéries du sol (comme par exemple Nitrosomonas) en nitrites puis par d'autres bactéries (comme Nitrobacter et Nitrospira) en nitrates, tous deux assimilables par la plante (cycle azote ici).
 L'intérêt économique de l'aquaponie réside surtout dans la double production alimentaire : poissons et plantes.
Sans apports d'engrais et sans rejets de nitrates dans l'environnement, le système aquaponique respecte l'environnement.